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    <meta name="description" content="TCP如何保证传输的可靠性">
  
  
  
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  <title>TCP如何保证传输的可靠性 [ 51AIOps 专注于运维自动化  微信： kaipython ]</title>
  
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    <span class="title" style="text-transform:none">51AIOps 专注于运维自动化  微信： kaipython</span>
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      <h1 class="title">
        TCP如何保证传输的可靠性
      </h1>
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    <div class="post-content">
      <p>TCP协议传输的特点主要就是面向字节流、传输可靠、面向连接。这篇博客，我们就重点讨论一下TCP协议如何确保传输的可靠性的。</p>
<h1 id="确保传输可靠性的方式"><a href="#确保传输可靠性的方式" class="headerlink" title="确保传输可靠性的方式"></a>确保传输可靠性的方式</h1><p>TCP协议保证数据传输可靠性的方式主要有：</p>
<ul>
<li>校验和</li>
<li>序列号</li>
<li>确认应答</li>
<li>超时重传</li>
<li>连接管理</li>
<li>流量控制</li>
<li>拥塞控制</li>
</ul>
<h2 id="校验和"><a href="#校验和" class="headerlink" title="校验和"></a>校验和</h2><p>计算方式：在数据传输的过程中，将发送的数据段都当做一个16位的整数。将这些整数加起来。并且前面的进位不能丢弃，补在后面，最后取反，得到校验和。<br>发送方：在发送数据之前计算检验和，并进行校验和的填充。<br>接收方：收到数据后，对数据以同样的方式进行计算，求出校验和，与发送方的进行比对。</p>
<p><img src="https://img-blog.csdn.net/20180524102010286?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdWNoZW54aWE4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70" alt="这里写图片描述"></p>
<p>注意：如果接收方比对校验和与发送方不一致，那么数据一定传输有误。但是如果接收方比对校验和与发送方一致，<strong>数据不一定传输成功。</strong></p>
<h2 id="确认应答与序列号"><a href="#确认应答与序列号" class="headerlink" title="确认应答与序列号"></a>确认应答与序列号</h2><p>序列号：TCP传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号。<br>确认应答：TCP传输的过程中，每次接收方收到数据后，都会对传输方进行确认应答。也就是发送ACK报文。这个ACK报文当中带有对应的确认序列号，告诉发送方，接收到了哪些数据，下一次的数据从哪里发。</p>
<p><img src="https://img-blog.csdn.net/20180524103121705?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdWNoZW54aWE4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70" alt="这里写图片描述"></p>
<p>序列号的作用不仅仅是应答的作用，有了序列号能够将接收到的数据根据序列号排序，并且去掉重复序列号的数据。这也是TCP传输可靠性的保证之一。</p>
<h2 id="超时重传"><a href="#超时重传" class="headerlink" title="超时重传"></a>超时重传</h2><p>在进行TCP传输时，由于确认应答与序列号机制，也就是说发送方发送一部分数据后，都会等待接收方发送的ACK报文，并解析ACK报文，判断数据是否传输成功。如果发送方发送完数据后，迟迟没有等到接收方的ACK报文，这该怎么办呢？而没有收到ACK报文的原因可能是什么呢？</p>
<p>首先，发送方没有介绍到响应的ACK报文原因可能有两点：</p>
<ol>
<li>数据在传输过程中由于网络原因等直接全体丢包，接收方根本没有接收到。</li>
<li>接收方接收到了响应的数据，但是发送的ACK报文响应却由于网络原因丢包了。</li>
</ol>
<p>TCP在解决这个问题的时候引入了一个新的机制，叫做超时重传机制。简单理解就是发送方在发送完数据后等待一个时间，时间到达没有接收到ACK报文，那么对刚才发送的数据进行重新发送。如果是刚才第一个原因，接收方收到二次重发的数据后，便进行ACK应答。如果是第二个原因，接收方发现接收的数据已存在（判断存在的根据就是序列号，所以上面说序列号还有去除重复数据的作用），那么直接丢弃，仍旧发送ACK应答。</p>
<p>那么发送方发送完毕后等待的时间是多少呢？如果这个等待的时间过长，那么会影响TCP传输的整体效率，如果等待时间过短，又会导致频繁的发送重复的包。如何权衡？</p>
<p>由于TCP传输时保证能够在任何环境下都有一个高性能的通信，因此这个最大超时时间（也就是等待的时间）是动态计算的。</p>
<blockquote>
<p>在Linux中（BSD Unix和Windows下也是这样）超时以500ms为一个单位进行控制，每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍。重发一次后，仍未响应，那么等待2<em>500ms的时间后，再次重传。等待4</em>500ms的时间继续重传。以一个指数的形式增长。累计到一定的重传次数，TCP就认为网络或者对端出现异常，强制关闭连接。</p>
</blockquote>
<h2 id="连接管理"><a href="#连接管理" class="headerlink" title="连接管理"></a>连接管理</h2><p>连接管理就是三次握手与四次挥手的过程，在前面详细讲过这个过程，这里不再赘述。保证可靠的连接，是保证可靠性的前提。</p>
<h2 id="流量控制"><a href="#流量控制" class="headerlink" title="流量控制"></a>流量控制</h2><p>接收端在接收到数据后，对其进行处理。如果发送端的发送速度太快，导致接收端的结束缓冲区很快的填充满了。此时如果发送端仍旧发送数据，那么接下来发送的数据都会丢包，继而导致丢包的一系列连锁反应，超时重传呀什么的。而TCP根据接收端对数据的处理能力，决定发送端的发送速度，这个机制就是流量控制。</p>
<p>在TCP协议的报头信息当中，有一个16位字段的窗口大小。在介绍这个窗口大小时我们知道，窗口大小的内容实际上是接收端接收数据缓冲区的剩余大小。这个数字越大，证明接收端接收缓冲区的剩余空间越大，网络的吞吐量越大。接收端会在确认应答发送ACK报文时，将自己的即时窗口大小填入，并跟随ACK报文一起发送过去。而发送方根据ACK报文里的窗口大小的值的改变进而改变自己的发送速度。如果接收到窗口大小的值为0，那么发送方将停止发送数据。并定期的向接收端发送窗口探测数据段，让接收端把窗口大小告诉发送端。<br><img src="https://img-blog.csdn.net/20180524111634561?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdWNoZW54aWE4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70" alt="这里写图片描述"></p>
<p>注：16位的窗口大小最大能表示65535个字节（64K），但是TCP的窗口大小最大并不是64K。在TCP首部中40个字节的选项中还包含了一个窗口扩大因子M，实际的窗口大小就是16为窗口字段的值左移M位。每移一位，扩大两倍。</p>
<h2 id="拥塞控制"><a href="#拥塞控制" class="headerlink" title="拥塞控制"></a>拥塞控制</h2><p>TCP传输的过程中，发送端开始发送数据的时候，如果刚开始就发送大量的数据，那么就可能造成一些问题。网络可能在开始的时候就很拥堵，如果给网络中在扔出大量数据，那么这个拥堵就会加剧。拥堵的加剧就会产生大量的丢包，就对大量的超时重传，严重影响传输。</p>
<p>所以TCP引入了慢启动的机制，在开始发送数据时，先发送少量的数据探路。探清当前的网络状态如何，再决定多大的速度进行传输。这时候就引入一个叫做拥塞窗口的概念。发送刚开始定义拥塞窗口为 1，每次收到ACK应答，拥塞窗口加 1。在发送数据之前，首先将拥塞窗口与接收端反馈的窗口大小比对，取较小的值作为实际发送的窗口。</p>
<p>拥塞窗口的增长是指数级别的。慢启动的机制只是说明在开始的时候发送的少，发送的慢，但是增长的速度是非常快的。为了控制拥塞窗口的增长，不能使拥塞窗口单纯的加倍，设置一个拥塞窗口的阈值，当拥塞窗口大小超过阈值时，不能再按照指数来增长，而是线性的增长。在慢启动开始的时候，慢启动的阈值等于窗口的最大值，一旦造成网络拥塞，发生超时重传时，慢启动的阈值会为原来的一半（这里的原来指的是发生网络拥塞时拥塞窗口的大小），同时拥塞窗口重置为 1。<br><img src="https://img-blog.csdn.net/20180524125815394?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpdWNoZW54aWE4/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70" alt="这里写图片描述"></p>
<p>拥塞控制是TCP在传输时尽可能快的将数据传输，并且避免拥塞造成的一系列问题。是可靠性的保证，同时也是维护了传输的高效性。</p>

    </div>

  </article>
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  <div id="toc" class="toc-article">
    <strong class="toc-title">目录</strong>
    <ol class="toc"><li class="toc-item toc-level-1"><a class="toc-link" href="#确保传输可靠性的方式"><span class="toc-text">确保传输可靠性的方式</span></a><ol class="toc-child"><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#校验和"><span class="toc-text">校验和</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#确认应答与序列号"><span class="toc-text">确认应答与序列号</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#超时重传"><span class="toc-text">超时重传</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#连接管理"><span class="toc-text">连接管理</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#流量控制"><span class="toc-text">流量控制</span></a></li><li class="toc-item toc-level-2"><a class="toc-link" href="#拥塞控制"><span class="toc-text">拥塞控制</span></a></li></ol></li></ol>
  </div>


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    <span>本作品采用</span>
    <a href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">知识共享署名 4.0 国际许可协议</a>
    <span>进行许可。 转载时请注明原文链接。</span>
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     * 给logo设置点击事件
     * 
     * - 回到顶部
     * - 出现爱心
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